Hidratação do Cimento

Prof. Mayara Moraes Custódio

Pontifícia Universidade Católica de Goiás

Engenharia Civil

Pega: período de fenômenos químicos em que ocorrem desprendimento de calor e reações de hidratação dos compostos;

Início de pega: tempo que decorre desde a adição de água até o início das reações com os compostos de cimento;

Fim de pega: situação em que a pasta não sofre mais nenhuma deformação em função de pequenas cargas e se torna um bloco rígido;

Endurecimento: período de fenômenos físicos de secagem e entrelaçamento dos cristais;

Pega x Endurecimento

Pega x Endurecimento

Enrijecimento: Perda de consistência (perda de abatimento do concreto). Determinação: Slump Test

Pega: Solidificação da pasta plástica. Determinação: Aparelho de Vicat

Influências: Teor de C3A

Grau de moagem

Endurecimento: Ganho de resistência com o tempo.

Tempo de pega

A duração da pega varia inversamente com o grau de moagem;

Maiores quantidades de água de amassamento diminuem o tempo de início de pega;

O aumento de temperatura diminui o tempo de início de pega e a duração da pega;

Os cloretos de sódio e cálcio aceleram a pega;

O gesso, o carbonato de sódio, o óxido de zinco e os açúcares retardam a pega.

Tempo de início de pega

Pega normal: início ~ 60 minutos.

Pega rápida: início < 30 minutos.

Pega semi-rápida: início de 30 a 60 minutos depois da hidratação.

Fim de pega: 5 a 10 horas

Cimentos convencionais (sem ARI).

Hidratação do Cimento

Reação química exotérmica entre os grãos de cimento e a água.

Mecanismos: Dissolução-precipitação

Topoquímico ou hidratação no estado sólido do cimento

Aluminatos reagem mais rapidamente que os silicatos.

Hidratação do Cimento

Aluminatos

Enrijecimento = perda de consistência

Pega = solidificação

Silicatos

Endurecimento = taxa de desenvolvimento da resistência (fim de pega – hidratação completa do C3S)

Clínquer: calcário + argila

Composição química típica do clínquer:

CaO - 67%;

SiO2 - 22%;

Al2O3 - 5%;

Fe2O3 - 3%;

outros óxidos - 3%;

Composição Química

Terminologia usual da Engenharia Civil: CaO = C

SiO2 = S

Al2O3 = A

Fe2O3 = F

H2O = H

Principais elementos do Cimento Portland: (3.CaO).(SiO2) = C3S

(2.CaO).(SiO2) = C2S

(4.CaO).(Al2O3).(Fe2O3) = C4AF

(3CaO).(Al2O3) = C3A

Composição Química

Composição Química

Composição química do clínquer

Fases cristalinas anidras estáveis na temperatura ambiente e estáveis ao serem hidratados:

Silicato tricálcico - ALITA (C3S): 50 – 70%

Silicato dicálcico - BELITA (C2S): 15 – 30%

Aluminato tricálcico – CELITA (C3A): 5-10%

Ferroaluminato tetracálcico – MONTMORILONITA

(C4AF): 5- 15%

Outros compostos presentes em menor quantidade: Na2O, MnO e K2O, Mg, S.

Elementos traços: Cr, Pb, Zn, Ni e outros (provenientes da combustão dos combustíveis - normalmente considerados resíduos ou impurezas).

Composição Química

Propriedades Conferidas

Alita (C3S) – Silicato tricálsico:

Principal mineral que contribui para a resistência mecânica;

Responsável também pelas propriedades hidráulicas, tendo reação rápida com a água e tornando-se estável.

Belita (C2S):

Reage mais lentamente com a água, apresentando poucaresistência mecânica inicial.

Após períodos maiores (aproximadamente um ano),atinge resistência mecânica mais alta que a alita;

C3A – Aluminato tricálsico:

Reage instantaneamente com a água (elevada liberação de calor de hidratação).

Necessária adição de sulfato (gesso) para geração de produtos insolúveis na água;

Sem grande importância na resistência mecânica final.

C4AF – Ferro-aluminato tetracálcico:

Apresenta taxas iniciais muito altas de reatividade com a água (pega muito rápida).

Em idades mais avançadas: taxas baixas ou muito baixas contribui pouco para a resistência mecânica.

Propriedades Conferidas

Reações de Hidratação

Silicatos de cálcio (C3S, C2S)

2 C3S + 6 H2O → C-S-H + 3 Ca(OH)2

2 C2S + 4 H2O → C-S-H + Ca(OH)2

Principal componente formado:

C-S-H (3 CaO . 2 SiO2 . 3 H2O)

Silicato cálcico hidratado

Gel de tobermorita

Reações de Hidratação

Aluminatos de cálcio (C3A, C4AF)

Devido à adição do sulfato para regulação da pega, os aluminatos são analisados já combinados com este componente:

C3A + CaSO4 . 2H2O → etringita(C3A.3CS.32H) → C3A.CS.H + C4AH

C4AF + H2O → C3(AF).3CS.32H → C3.(AF).CSH

+ C4(AF).H

→ reação imediata → reação lenta

Os silicatos de cálcio anidros dão origem a silicatos monocálcicos hidratados (C-S-H), de consistência esponjosa, e ao hidróxido de cálcio, que cristaliza em escamas hexagonais, dando origem à portlandita;

O silicato de cálcio hidratado apresenta-se com semelhança ao mineral denominado tobermorita e como se parece com um gel é denominado gel de tobermorita;

A composição do silicato hidratado depende da concentração em cal da solução em que ele está em contato.

Reações químicas

Resistência dos Componentes

Calor de Hidratação

Reações exotérmicas;

Condutividade térmica do concreto relativamente pequena: Comporta-se como um isolante térmico.

Concreto massa

Elevadas temperaturas internas;

Acentuado gradiente de temperatura

Fissuração séria!

Calor de Hidratação

Reações exotérmicas;

Condutividade térmica do concreto relativamente pequena: Comporta-se como um isolante térmico.

Concreto massa

Elevadas temperaturas internas;

Acentuado gradiente de temperatura

Fissuração séria!

C3A.............................207cal/g

C3S............................120 cal/g

C4AF...........................100 cal/g

C2S..............................62 cal/g

Calor de Hidratação

Evolução dos Cimentos

Maiores resistências iniciais;

Maiores calores de hidratação;

Maiores possibilidades de fissuras térmicas